[发明专利]一种电驱生物PRB原位修复地下水污染的方法及其装置

说明书

本发明公开了一种电驱生物PRB原位修复地下水污染的方法及其装置，包括可渗透反应墙(PRB)、微生物、阳极、阴极和外电路元件装置；所述阳极安装在PRB中，与微生物共同构成生物PRB阳极区；所述生物PRB阳极区和阴极之间设置有导水墙分隔；所述阴极、阳极与外电路元件连接，共同组成外电路；所述外电路采用闭路‑开路‑再闭路循环运行，根据污染物性质和水质要求，原位产生和原位再生铁氧化物氧化带和铁氧化物还原带；所述PRB的填料是导电碳材料和零价铁材料的混合填料，所述导电碳材料和零价铁材料的质量比例为0.1%~50%。本发明提供的方法能够显著修复地下水石油烃、卤代烃和硝酸盐污染，成本低，且不存在二次污染风险。

技术领域

本发明涉及一种电驱生物PRB原位修复地下水污染的方法及其装置，属于地下水污染治理与修复技术领域。

背景技术

随着石油化工行业的发展，石油的开采，石油石化产品的加工、储藏、运输、和使用以及相关废水的处理处置过程中，管道和储罐的意外泄漏以及废水的排放所造成的地下水污染已经是一个主要的环境问题，包括石油烃、石油烃衍生物和卤代烃等，大多具有致畸性、致癌性、致突变性以及生物毒性。另外，农业化肥的过度使用、生活污水和工业废水排放、污水灌溉以及地下水超采，使农村和城市地区的地下水均受到不同程度的硝酸盐污染。目前，越来越多的地下水面临着多种不同性质污染物的复合型污染，危机地下水质量安全，对人类健康和生态安全构成了巨大的威胁。

地下水污染的修复技术可分为原位修复技术和异位修复技术。异位修复技术通常基于抽出-处理（PT）技术，存在污染物拖尾和反弹效应；且成本高，对生态环境扰动大，易造成污染扩散和生态破坏。针对原位修复技术，国内外已开展多项技术研究，包括物理技术、化学技术、生物技术等，具有生态环境扰动小、成本低、效率高的优点，成为地下水污染修复的重要技术之一。

对于地下水卤代烃、硝酸盐等氧化性污染物的原位修复技术中，可渗透反应墙（PRB）可长时间持续对污染物进行去除，维护成本低，受到广泛应用。其中，零价铁（ZVI）具有较强的还原能力（Eh=-0.44V vs SHE），且成本低、对环境友好，常被用做还原剂修复地下水中氧化性污染物，在工程应用中表现出较高的稳定性，并获得良好的修复效果。但对于石油烃类还原性污染物，零价铁不具备降解能力。

对于地下水石油烃污染的修复，原位生物修复技术更加经济、有效而被广泛应用。然而，原位生物修复技术通常因热力学有利的电子受体（包括氧气、硝酸盐、硫酸盐）含量低而被快速耗尽，限制了原位生物修复的效果。近年来，基于生物可渗透反应墙（生物PRB）技术，提出了通过注射或缓释方式添加外源性电子受体的方法以强化原位生物修复，如氧气、硝酸盐、硫酸盐等。其中，喷射氧气（空气）的方法通常效率低、成本高；通过注射或缓释向地下水中添加的硝酸盐、硫酸盐等电子受体的方法，由于添加的电子受体停留时间短、利用效率低，需定期补充以维持生物降解，且作为一类环境污染物，易造成二次污染，长期的监测、维护以及物料、能量的投入进一步增加其成本，限制其工程应用。并且，该方法对卤代烃、硝酸盐等氧化性污染物的修复效果有限。

另外，经由注入井或渗水渠等投加外源性电子受体的方法，电子受体的分配和传递主要受地质条件、注入井位点以及注入井布局的约束，对地下水污染修复的效果有限。为了处理更大的区域，通常需要更多的注入井和更高的注入频次，增加其成本。

发明内容

本发明是提供一种电驱生物PRB原位修复地下水污染的方法及其装置，可在地下水环境中原位生成和再生铁氧化物氧化带和铁氧化物还原带，实现地下水中石油烃、卤代烃、硝酸盐污染的快速去除。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电驱生物PRB原位修复地下水污染的装置，包括可渗透反应墙（PRB）、接种于PRB内的微生物、阳极、阴极和外电路元件；所述阴极、阳极与外电路元件连接，共同构成外电路；所述阳极安装在PRB中，与接种于PRB内的微生物共同构成生物PRB阳极区；所述生物PRB阳极区和阴极之间设置有导水墙分隔；所述PRB的填料是导电碳材料和零价铁材料的混合填料。